一種銅板帶軋機(jī)軋制線楔塊的設(shè)計(jì)優(yōu)化

牛文強(qiáng)，胡要強(qiáng)

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039)

軋制線調(diào)整裝置是軋機(jī)本體中至關(guān)重要的機(jī)構(gòu)之一，現(xiàn)代4輥銅板帶軋機(jī)大多都采用斜楔式軋制線標(biāo)高調(diào)整裝置，其功能是對(duì)軋輥輥系輥徑使用并磨削后進(jìn)行有效補(bǔ)償，通過該結(jié)構(gòu)，可連續(xù)調(diào)整到使用的工作范圍內(nèi)，同時(shí)為換輥提供間距[1]。銅軋機(jī)通常設(shè)計(jì)的斜楔為整體式，整套軋制線調(diào)整裝置安裝在操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)機(jī)架窗口下部，在進(jìn)行換輥操作時(shí)，需將軋制線裝置落至最低位，下輥系隨即可延機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌抽出，待換輥完成后，恢復(fù)至工作位置。

1 軋制線調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)形式

軋制線調(diào)整裝置主要由上楔塊、下楔塊、螺母、絲杠、驅(qū)動(dòng)裝置等幾部分組成(圖1)。整套裝置設(shè)置在機(jī)加窗口底面上，自下而上依次設(shè)計(jì)為下墊板、下楔塊、上楔塊，其中下楔塊內(nèi)設(shè)計(jì)有螺母，在傳動(dòng)側(cè)、操作側(cè)中間設(shè)置一根絲杠，該絲杠在操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)分別設(shè)計(jì)為左旋和右旋，通過機(jī)架傳動(dòng)側(cè)的驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下楔塊中的螺母軸向移動(dòng)，上、下楔塊之間互相作用，將軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋制線標(biāo)高的連續(xù)補(bǔ)償。

圖1 某銅板帶軋制軋制線調(diào)整裝置工作原理圖

通過以上描述，可以得出該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：(1)在斜楔傾角的作用下，其產(chǎn)生軸向拉力，即絲杠軸向受力，絲杠螺母的傳遞精度相對(duì)較高；(2)采用滾動(dòng)螺旋，內(nèi)摩擦消耗降低，機(jī)械效率顯著提升；(3)該結(jié)構(gòu)充分利用了機(jī)架內(nèi)部空間，可以使斜楔的軸向尺寸加大，使軋制線的上下調(diào)整范圍增大。

2 上楔塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)眾多，故被廣泛用于銅板帶軋機(jī)設(shè)計(jì)中。但由于整套調(diào)整裝置調(diào)整精度高，故對(duì)總裝精度亦提出了較高的要求，尤其是傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)的上楔塊的上表面，一般裝配大綱要求：“裝配后應(yīng)保證M、N面分別水平，且同時(shí)保證圖1中M、N兩頂面在同一水平面內(nèi)，允差0.05mm”，這就對(duì)整套裝置內(nèi)零部件的加工精度和裝配精度提出了很高要求。由于該結(jié)構(gòu)存在多處重要配合尺寸，如軋制線左右兩側(cè)與機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌的滑動(dòng)配合(圖2中箭頭A標(biāo)注處所示)；上下斜面之間的滑動(dòng)配合；上楔塊與導(dǎo)軌止口面之間需貼實(shí)(圖2中箭頭B標(biāo)注處所示)；絲杠與螺母之間的配合精度等，這些精度的累加，最終決定了整套軋制線裝置的裝配精度。

圖2 上楔塊裝配關(guān)系圖

然而在裝配過程中，由于各零部件之間加工誤差的累加，常常會(huì)造成機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌與上楔塊箭頭B標(biāo)注的配合處的兩處加工面不共面，加之箭頭A標(biāo)注處上楔塊與機(jī)內(nèi)導(dǎo)軌有滑動(dòng)配合間隙。由圖1可知，通過彈簧使機(jī)架內(nèi)檔面與上楔塊貼實(shí)后，由于斜面的相互作用，會(huì)造成M、N面水平度均超差，這就需要通過鉗工分別配研M、N兩個(gè)面來滿足質(zhì)檢大綱要求。現(xiàn)有的上楔塊設(shè)計(jì)圖紙如圖3所示。

圖3 上楔塊原設(shè)計(jì)圖

為了保證等高，需研磨整個(gè)加工的上表面P面，該面往往研磨量會(huì)在0.1mm以上，不僅會(huì)降低原有的淬火層厚度，還會(huì)大大降低裝配效率(正常研磨1個(gè)楔塊表面每下0.1mm量需要1個(gè)人2天)。

通過分析發(fā)現(xiàn)，基于M、N兩頂面水平度超差問題，為了減小研磨量，我們希望可以通過調(diào)節(jié)局部配合來微調(diào)M、N兩頂面的高度，待單個(gè)水平度調(diào)整完畢后，再對(duì)兩頂面實(shí)施局部研磨，以滿足最終質(zhì)檢大綱要求。因此，提出在圖4所示的Q面增加銅滑板，這樣不僅能夠降低Q面與導(dǎo)軌面的磨損，同時(shí)在裝配中可根據(jù)裝配后的累計(jì)誤差加墊調(diào)節(jié)Q面接觸，以保證圖1中M、N兩頂面分別滿足質(zhì)檢大綱要求的水平度允差，上楔塊兩翼增加銅板(圖4)，并在銅滑板滑動(dòng)面增加相應(yīng)油槽。

圖4 上楔塊兩翼增加銅板后圖紙

對(duì)于通常采用的上楔塊設(shè)計(jì)，上表面N面圖紙標(biāo)注平面度一般在0.025mm以內(nèi)，對(duì)加工精度要求較高。因此，基于從加工效率和裝配效率入手，提出對(duì)上楔塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。通過軋制線實(shí)際工況可知，上楔塊與下軸承座柱面墊接觸為一條線接觸，故可優(yōu)化上楔塊的上表面為一條寬160mm高15mm的通長(zhǎng)加工面，上楔塊頂面更改后如圖5所示，以保證精度檢測(cè)和使用接觸要求。上楔塊和下楔塊的受力情況如圖6所示。

圖5 上楔塊上表面增加凸臺(tái)后圖紙

圖6 某銅板帶軋制軋制線受力分析圖

軋制力P的受力分析：

P=Ncosα=N′cosα

(1)

f=f′=μN(yùn)=μN(yùn)′

(2)

其中，P為軋制力，N、N′為上下楔塊垂直分力，α為楔塊夾角，f、f′為摩擦力，μ為摩擦系數(shù)。

從圖6中不難發(fā)現(xiàn)，上楔塊上表面結(jié)構(gòu)的更改并不會(huì)對(duì)上、下楔塊的受力情況產(chǎn)生影響，兩種結(jié)構(gòu)的受力條件完全一致。因此，該設(shè)計(jì)優(yōu)化方案可行。

3 結(jié)束語

隨著有色金屬加工市場(chǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)于制造周期和制造成本也提出了很高的要求，針對(duì)常用的銅帶軋機(jī)，本文提出了對(duì)軋制線調(diào)整裝置中上楔塊的結(jié)構(gòu)局部?jī)?yōu)化，可大大降低楔塊的加工成本，同時(shí)提高了楔塊的裝配精度和裝配效率。該設(shè)計(jì)方案為軋機(jī)軋制線調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了一種思路，對(duì)今后軋機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。